DE3820952C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum hydraulischen Aufweiten von Hohlprofilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Als Hohlprofile in diesem Sinne werden rohrförmige Körper aus metallischen Werkstoffen, insbesondere Stahl, angesehen, die eine beliebige Querschnittsform aufweisen können.The invention relates to a device for hydraulic expansion of Hollow profiles according to the preamble of claim 1. As hollow profiles in In this sense, tubular bodies made of metallic materials, especially steel, considered to have any cross-sectional shape can have.

Für maschinenbauliche Zwecke werden häufig Bauteile benötigt, die als gestreckte, ggf. auch gekrümmte Körper ausgeführt sind, deren Querschnittsform sich entlang ihrer Längenausdehnung erheblich ändert. Aus Gewichtsgründen ist man in vielen Fällen daran interessiert, diese Bauteile als Hohlkörper zu gestalten. Um den Herstellungsaufwand gering zu halten, wurde schon vorgeschlagen, als Ausgangsmaterial ein rohrförmiges Halbzeug zu wählen und die gewünschte Endform durch Aufweiten des Ausgangsmaterials zu erzielen.Components are often required for mechanical engineering purposes, which as straight, possibly also curved bodies are executed, the Cross-sectional shape changes significantly along its length. For weight reasons one is interested in these in many cases To design components as hollow bodies. To keep the manufacturing costs low it has already been proposed to keep as a starting material tubular semi-finished product to choose and the desired final shape To achieve expansion of the starting material.

Aus der DE-PS 29 35 086 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Aufweitung eines Hohlprofils durch hydraulischen Innendruck vorgenommen und die äußere Formgebung durch ein entsprechendes starres, geteiltes Außenwerkzeug erreicht wird. Die Verformung wird durch zusätzlichen Axialdruck auf das Hohlprofil unterstützt. Zu Beginn der Umformung ist das Hohlprofil von außen bis auf einen mittigen Bereich vollständig durch sogenannte Führungsstutzen umhüllt, welche erst im Verlaufe der Umformung nach und nach in Richtung der Längsachse zurückgezogen werden und so den eigentlichen Formraum des Außenwerkzeugs sukzessive freigeben. Die an sich offenen Stirnflächen des Hohlprofils sind durch die Dichtflächen von Kolbenstangen, die in das Hohlprofil eingeführt sind und den zusätzlichen Axialdruck aufbringen, abgedichtet. From DE-PS 29 35 086 a method is known for which is the expansion of a hollow profile by hydraulic internal pressure made and the outer shape by a corresponding rigid, split outer tool is reached. The deformation is caused by supports additional axial pressure on the hollow profile. At the beginning of Forming is the hollow profile from the outside to a central area completely encased by so-called guide stubs, which are only in the Forming progressively in the direction of the longitudinal axis withdrawn and so the actual mold space of the outer tool release successively. The open end faces of the hollow profile are through the sealing surfaces of piston rods that are in the hollow profile are introduced and apply the additional axial pressure, sealed.  

Eine zusätzliche Abdichtung ergibt sich dadurch, daß die Kolbenstangen jeweils von den Führungsstutzen dicht umschlossen sind, mit denen der Formraum des Außenwerkzeugs freigegeben wird.An additional seal results from the fact that the piston rods are each tightly enclosed by the guide piece with which the Form space of the outer tool is released.

Das bekannte Verfahren erfordert einen hohen apparativen Aufwand und ist nicht geeignet für die Herstellung von Bauteilen, die entlang ihrer Längsausdehnung gekrümmt oder abgewinkelt sind. Von besonderer Bedeutung ist jedoch, daß die Lage der Abdichtung des Hohlprofils für die hydraulische Aufweitung eine genaue Vorbearbeitung der Dichtflächen am Halbzeug und eine exakte Abstimmung der Kolbengeometrie auf die Halbzeugabmessungen erfordern. Die jeweiligen Toleranzen bei der Halbzeugherstellung können zu Verarbeitungsproblemen führen.The known method requires a lot of equipment and is not suitable for the manufacture of components that run along their Longitudinal expansion is curved or angled. Of special It is important, however, that the position of the seal for the hollow profile the hydraulic expansion enables precise pre-processing of the sealing surfaces on the semi-finished product and an exact adjustment of the piston geometry to the Semi-finished product dimensions require. The respective tolerances at the Semi-finished products can lead to processing problems.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur hydraulischen Aufweitung von metallischen Hohlprofilen vorzuschlagen, bei der die Abdichtung des Hohlprofils ohne großen Vorrichtungsaufwand erfolgt.The object of the invention is therefore a device for hydraulic Propose expansion of hollow metal profiles, where the sealing of the Hollow profile is carried out without much effort.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is solved by the invention specified in claim 1. Advantageous further training result from the subclaims.

Wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es, die an sich offenen Stirnseiten des aufzuweitenden Hohlprofils mit starren Dichtköpfen zu verschließen, die die innere oder äußere Oberfläche des Hohlprofils zwar eng, aber mit Abstand umschließen. Der dazwischenliegende Dichtspalt wird mit einem elastischen Dichtring abgedichtet, der als Hohlkörper ausgeführt und mit Innendruck beaufschlagbar ist. The essential idea of the invention is that which is open per se End faces of the hollow profile to be expanded with rigid sealing heads seal the inner or outer surface of the hollow profile enclose tightly, but at a distance. The one in between Sealing gap is sealed with an elastic sealing ring, which as Hollow body executed and can be acted upon by internal pressure.  

Der Dichtring ist darüber hinaus in der Weise in dem Dichtkopf gekammert, daß er sich infolge des Innendrucks nur in Richtung auf die Außen- bzw. Innenoberfläche des abzudichtenden Hohlprofils ausdehnen kann und auf dieser zur dichten Anlage kommt. Die Kammerung des Dichtringes bewirkt also, daß das elastische Material nicht seitlich ausweichen kann. Da im Dichtspalt auch der hydraulische Aufweitedruck ansteht, ist vorgesehen, daß der Innendruck im Dichtring stets soweit über diesem Aufweitedruck gehalten wird, daß der Anpreßdruck des Dichtringes auf der Oberfläche des Hohlprofils immer über dem Aufweitedruck liegt und so eine sichere Abdichtung gewährleistet ist. Aufgrund der Elastizität ist der Dichtring in der Lage, Fertigungstoleranzen hinsichtlich Abmessungen und Oberflächenbeschaffenheit problemlos aufzufangen. Bei einer Abdichtung auf der Außenoberfläche des Hohlkörpers, wenn also der Dichtkopf die Stirnseiten des Hohlprofils außen umfaßt, wirken die Seitenwände der Dichtringkammer hinsichtlich der Aufweitung des Hohlkörpers als mechanische Anschläge. Im Falle der Abdichtung mit einem innenliegenden Dichtkopf muß außen ein solcher Anschlag als gesonderte Abstützung vorgesehen werden, zumal der Dichtdruck ohnehin höher liegt als der eigentliche Aufweitedruck. Die Einstellung des Dichtdrucks kann in der Weise erfolgen, daß der Dichtdruck kontinuierlich entsprechend der Zunahme des Aufweitedruckes gesteigert wird. Zweckmäßigerweise liegt er jeweils 10-20% über dem aktuellen Aufweitedruck.The sealing ring is also chambered in the sealing head in such a way that due to the internal pressure it only moves towards the external or Can expand inner surface of the hollow profile to be sealed and on this comes to the dense plant. The chambering of the sealing ring causes So that the elastic material can not move sideways. Since in Sealing gap also the hydraulic expansion pressure is present provided that the internal pressure in the sealing ring always so far is kept above this expansion pressure that the contact pressure of the Sealing ring on the surface of the hollow profile always above Expansion pressure lies and a secure seal is guaranteed. Due to the elasticity, the sealing ring is able to Manufacturing tolerances in terms of dimensions and Easily catch surface quality. With a seal on the outer surface of the hollow body, so if the sealing head End faces of the hollow profile includes outside, the side walls act Sealing ring chamber with regard to the expansion of the hollow body mechanical stops. In the case of sealing with an internal one Such a stop must be on the outside of the sealing head as a separate support be provided, especially since the sealing pressure is higher than that anyway actual expansion pressure. The setting of the sealing pressure can be done in the Way that the sealing pressure continuously corresponding to the Increase in the expansion pressure is increased. Conveniently, it lies each 10-20% above the current expansion pressure.

Es ist ohne weiteres möglich und für manche Fälle vorteilhaft, den Dichtring in zwei oder mehr an sich unabhängige Abschnitte aufzuteilen, die jeweils einzeln an die Druckversorgung anzuschließen sind. Auf diese Weise lassen sich ggf. Anpassungen an unregelmäßige Querschnittgeometrien der aufzuweitenden Hohlprofile unter Verwendung des gleichen Dichtkopfes leichter realisieren. It is easily possible and advantageous in some cases To divide the sealing ring into two or more independent sections, which must be connected individually to the pressure supply. To this If necessary, adjustments can be made to irregular Cross-sectional geometries of the hollow profiles to be expanded using realize the same sealing head more easily.  

In jedem Fall bleibt die Dichtfunktion gewährleistet, da sich die elastischen Teilstücke des Dichtringes auch aneinander dicht anlegen, sobald sie mit einem ausreichenden Innendruck beaufschlagt werden.In any case, the sealing function is guaranteed because the also place elastic sections of the sealing ring close together, as soon as they are subjected to sufficient internal pressure.

Damit die Dichtköpfe durch den Aufweitedruck nicht in axialer Richtung vom aufzuweitenden Hohlprofil weggedrückt werden, müssen sie von entsprechenden Gegenkräften gehalten werden. Dies geschieht erfindungsgemäß durch Zugelemente, die die gegenüberliegenden Dichtköpfe miteinander verbinden. Diese Zugelemente können außerhalb des Hohlprofils angebracht sein, können aber auch in diesem liegen. Flexible, d.h. biegbare innenliegende Zugelemente (z.B. Seil oder Kette) werden vorteilhaft eingesetzt, wenn das aufzuweitende Hohlprofil ursprünglich eine gerade Form (z.B. kreiszylindrisches Rohr) aufweist und in eine gebogene Endform überführt werden soll. In diesem Fall müssen die Endbereiche des Rohres, die mit den Dichtköpfen verschlossen sind, eine örtliche Verlagerung ausführen können, was aufgrund der Biegbarkeit der Zugelemente ermöglicht wird. In anderen Fällen wird es zweckmäßig sein, die Halterung für die Dichtköpfe in das Außenwerkzeug zu integrieren.So that the sealing heads are not in the axial direction due to the expansion pressure be pushed away from the hollow profile to be expanded, they must be corresponding counterforces are held. this happens according to the invention by tension elements, the opposite sealing heads connect with each other. These tension elements can be outside the Hollow profile can be attached, but can also lie in this. Flexible, i.e. flexible inner tension elements (e.g. rope or chain) are used advantageously when the hollow profile to be expanded originally has a straight shape (e.g. circular cylindrical tube) and is to be converted into a curved final shape. In this case must the end areas of the tube, which are closed with the sealing heads are able to perform a local relocation, which is due to the Flexibility of the tension elements is made possible. In other cases it will be expedient, the holder for the sealing heads in the outer tool to integrate.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Während Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch ein Hohlprofil mit zwei Außendichtköpfen und einem Außenwerkzeug zeigt, ist in Fig. 2 ein Beispiel für einen Innendichtkopf mit Außenabstützung des Hohlprofils wiedergegeben.The invention is explained in more detail below on the basis of the exemplary embodiments illustrated in the figures. While Fig. 1 shows an axial longitudinal section through a hollow profile with two outside sealing heads and an outer tool, an example of an inner seal head with external support of the hollow profile is in Fig. 2 is reproduced.

Ein Hohlprofil 1, z.B. ein zylindrisches Stahlrohr, wird an seinen Stirnseiten von zwei Außendichtköpfen 2a, 2b verschlossen. Die Außendichtköpfe 2a, 2b sind starr (im Hinblick auf eine Verformung durch den Aufweitedruck p2) und weisen eine als Sackloch ausgeführte Öffnung auf, dessen Mantelkontur etwa derjenigen des aufzuweitenden Hohlprofils 1 entspricht. In der Mantelfläche dieser Öffnung ist eine Ringkammer 11 eingebettet, die zur Außenoberfläche des Hohlprofils 1 hin offen ist und einen Dichtring 3 aus elastischen Werkstoffen aufnimmt. Der Dichtring 3 ist innen hohl und an eine hydraulische Druckquelle (Druckspeicher 7) angeschlossen. Sobald der Dichtring 3 mit dem Innendruck p1 beaufschlagt wird, wird seine äußere Form verändert. Da die Ringkammer 11 den Dichtring 3 eng auf drei Seiten umschließt, kann dieser sich nur in Richtung auf die Außenoberfläche des Hohlprofils 1 ausdehnen und sich an diese dicht anlegen. Auf diese Weise wird ein Ringspalt 6 zwischen der Außenoberfläche des Hohlprofils 1 und der Mantelfläche der Öffnung im Dichtkopf 2a, 2b abgedichtet. Die beiden Dichtköpfe 2a, 2b sind durch ein Zugelement 5 (z.B. Stange, Seil, Kette) in der Weise miteinander verbunden, daß sie von dem Aufweitedruck p2, der durch eine Zuleitung vom Druckspeicher 8 durch den Außendichtkopf 2a in das Hohlprofil 1 eingeleitet werden kann, nicht nach außen weggedrückt werden können, also sich nicht auf dem Hohlprofil 1 verschieben können. Der eigentliche Verformungsbereich des Hohlprofils 1 ist von einem Außenwerkzeug umschlossen, welches die äußere Form des aufgeweiteten Hohlprofils festlegt.A hollow profile 1 , for example a cylindrical steel tube, is closed on its end faces by two external sealing heads 2 a, 2 b. The outer sealing heads 2 a, 2 b are rigid (with a view to deformation due to the expansion pressure p 2 ) and have an opening designed as a blind hole, the jacket contour of which corresponds approximately to that of the hollow profile 1 to be expanded. An annular chamber 11 is embedded in the lateral surface of this opening, which is open towards the outer surface of the hollow profile 1 and receives a sealing ring 3 made of elastic materials. The sealing ring 3 is hollow on the inside and connected to a hydraulic pressure source (pressure accumulator 7 ). As soon as the sealing ring 3 is subjected to the internal pressure p 1 , its outer shape is changed. Since the annular chamber 11 tightly encloses the sealing ring 3 on three sides, it can only expand in the direction of the outer surface of the hollow profile 1 and fit tightly against it. In this way, an annular gap 6 is sealed between the outer surface of the hollow profile 1 and the outer surface of the opening in the sealing head 2 a, 2 b. The two sealing heads 2 a, 2 b are connected to one another by a tension element 5 (for example rod, rope, chain) in such a way that they are prevented from expanding pressure p 2 by a supply line from the pressure accumulator 8 through the outer sealing head 2 a into the hollow profile 1 can be initiated, can not be pushed away to the outside, so can not move on the hollow profile 1 . The actual deformation area of the hollow profile 1 is enclosed by an external tool, which defines the outer shape of the expanded hollow profile.

Die Funktionsweise der Vorrichtung ist die, daß zu Beginn zunächst die Dichtringe 11 mit Innendruck p1 beaufschlagt werden und zur dichten Anlage an die Außenoberfläche des Hohlprofils 1 gebracht werden. Erst dann wird hydraulischer Druck im Inneren des Hohlprofils 1 erzeugt. Während der Druck p2 gesteigert wird, ist gewährleistet, daß der Druck p1 immer größer als p2 ist, damit die Dichtwirkung erhalten bleibt. The operation of the device is that the sealing rings 11 are initially subjected to internal pressure p 1 and are brought into tight contact with the outer surface of the hollow profile 1 . Only then is hydraulic pressure generated in the interior of the hollow profile 1 . While the pressure p 2 is increased, it is ensured that the pressure p 1 is always greater than p 2 so that the sealing effect is retained.

Sobald der Innendruck p2 soweit gesteigert ist, daß die Zugspannungen in der Wandung des Hohlprofils 1 die Fließgrenze überschreiten, findet eine zunehmende Annäherung des Hohlprofils 1 an die Innenkontur des Außenwerkzeugs 4 statt. Die beiden Dichtköpfe 2a, 2b werden während des Verformungsprozesses durch die Zugstange 5 unverändert in ihrer Lage zueinander gehalten.As soon as the internal pressure p 2 has increased to such an extent that the tensile stresses in the wall of the hollow profile 1 exceed the yield point, the hollow profile 1 increasingly approaches the inner contour of the external tool 4 . The two sealing heads 2 a, 2 b are kept unchanged in their position relative to one another during the deformation process by the pull rod 5 .

Anstelle der Außendichtköpfe 2a, 2b können, wie aus Fig. 2 hervorgeht, auch Innendichtköpfe 9 eingesetzt werden, die eine Abdichtung des Dichtkopfes 9 gegenüber der Innenoberfläche des Hohlprofils 1 gewährleisten. Die Funktion des Dichtringes 3 ist dabei vollständig entsprechend der in Fig. 1, d.h. die nach außen offene Ringkammer 11 läßt nur eine Ausdehnung des Dichtrings 3 nach außen auf die Innenoberfläche des Hohlprofils 1 zu. Da sich das Hohlprofil 1 unter der Wirkung des Dichtdruckes p1 aufweiten würde, ist es in diesem Fall notwendig, eine Außenabstützung 10 für das Hohlprofil 1 gesondert vorzusehen. Unabhängig von der Art des Dichtkopfes (innen oder außen) ist es im Regelfall notwendig, die im Bereich der Dichtköpfe liegenden Enden der aufgeweiteten Hohlprofile 1 abzuschneiden, da diese nicht der gewünschten Endform des Hohlprofils 1 entsprechen.B may be, as shown in Fig. 2, also the inner sealing heads 9 instead of the outer sealing heads 2 a, 2, 9 with respect to the inner surface of the hollow profile 1, provide a seal of the sealing head. The function of the sealing ring 3 is completely in accordance with that in FIG. 1, ie the outwardly open annular chamber 11 only allows the sealing ring 3 to expand outwards onto the inner surface of the hollow profile 1 . Since the hollow profile 1 would widen under the effect of the sealing pressure p 1 , it is necessary in this case to provide an external support 10 for the hollow profile 1 separately. Regardless of the type of sealing head (inside or outside), it is generally necessary to cut off the ends of the expanded hollow profiles 1 in the area of the sealing heads, since these do not correspond to the desired final shape of the hollow profile 1 .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß sie mit geringem apparativen Aufwand durchführbar ist. Außerdem ermöglicht es die Herstellung von aufgeweiteten Hohlprofilen, deren Längsachse gekrümmt ist, auch wenn von einem geraden Halbzeug als Einsatzmaterial ausgegangen wird.The invention The advantage of the device is that it requires little equipment is feasible. It also enables the production of widened hollow profiles, the longitudinal axis of which is curved, even if of a straight semifinished product is used as the input material.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Aufweiten von an den Stirnflächen an sich offenen Hohlprofilen aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Stahl mit einem geteilten starren Außenwerkzeug für die Außenkontur des aufzuweitenden Hohlprofils, mit zwei Dichtköpfen, die die Stirnfläche des Hohlprofils verschließen und die durch Zugelemente miteinander verbindbar sind und mit Mitteln zur Erzeugung eines hydraulischen Innendruckes zur Verformung des Hohlprofils, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Dichtkopf (2a, 2b, 9) mit einem hohlen mit hydraulischem Innendruck beaufschlagbaren Dichtring (3) aus elastischem Material ausgestattet ist, der in eine Ringkammer (11) des Dichtkopfes (2a, 2b, 9) eingelassen ist, welche auf der der Oberfläche des Hohlprofils (1) zugewandten Seite offen ist und deren Seitenwände bis dicht an die Oberfläche des Hohlprofils (1) heranreichen.1.Device for expanding hollow profiles, which are open per se, from a metallic material, in particular steel, with a divided rigid external tool for the outer contour of the hollow profile to be expanded, with two sealing heads which close the front surface of the hollow profile and can be connected to one another by tension elements and with means for generating a hydraulic internal pressure for deforming the hollow profile, characterized in that each sealing head ( 2 a, 2 b, 9 ) is equipped with a hollow sealing ring ( 3 ) of elastic material which can be acted upon by hydraulic internal pressure and which is inserted into an annular chamber ( 11 ) of the sealing head ( 2 a, 2 b, 9 ) is let in, which is open on the side facing the surface of the hollow profile ( 1 ) and the side walls of which extend close to the surface of the hollow profile ( 1 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei auf der Innenseite des Hohlprofils (1) angeordneten Dichtköpfen (9) im Wirkbereich des Dichtringes (3) jeweils außen eine Abstützung (10) des Hohlprofils (1) zur Begrenzung seiner Aufweitung in diesem Bereich vorgesehen ist. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that when on the inside of the hollow profile ( 1 ) arranged sealing heads ( 9 ) in the effective area of the sealing ring ( 3 ) each have a support ( 10 ) of the hollow profile ( 1 ) to limit its expansion in this Area is provided. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringe (3, 11) jeweils in Teilstücke aufgeteilt sind, die einzeln mit dem hydraulischen Innendruck beaufschlagbar sind.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the sealing rings ( 3, 11 ) are each divided into sections which can be acted upon individually with the hydraulic internal pressure. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugelemente (5) zur Verbindung der Dichtköpfe (2a, 2b, 9) im Inneren des Hohlprofils (1) liegen.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tension elements ( 5 ) for connecting the sealing heads ( 2 a, 2 b, 9 ) lie inside the hollow profile ( 1 ). 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugelemente (5) zumindest in Teilbereichen flexibel (z. B. als Seil oder Kette) ausgeführt sind.5. The device according to claim 4, characterized in that the tension elements ( 5 ) are flexible at least in some areas (z. B. as a rope or chain). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtköpfe (2a, 2b, 9) über das Außenwerkzeug in ihrer Lage zueinander fixiert sind.6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sealing heads ( 2 a, 2 b, 9 ) are fixed in their position relative to one another via the external tool.
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